Cyflwyniad Modiwl Optegol

Gyda datblygiad cyflym cyfathrebu optegol, mae llawer o olygfeydd yn ein gwaith a'n bywyd bellach wedi sylweddoli "hyrwyddo golau ac enciliad copr". Mewn geiriau eraill, mae cyfathrebiadau cyfryngau metel a gynrychiolir gan geblau cyfechelog a cheblau rhwydwaith yn cael eu disodli'n raddol gan gyfryngau ffibr optegol.
The modiwl optical yw un o y cydrannau o y optical ffibr cyfathrebu system.

Strwythur cyfansoddiad y modiwl optegol

Modiwl optegol, yr enw Saesneg yw Optical Module . Mae optegol yn golygu "golwg, gweledigaeth, opteg".

I fod yn fanwl gywir, mae'r modiwl optegol yn derm cyffredinol ar gyfer gwahanol gategorïau modiwl, gan gynnwys: modiwl derbyn optegol, modiwl trosglwyddo optegol, modiwl integredig transceiver optegol a modiwl anfon optegol, ac ati.

Modiwl Optegol: Trosglwyddydd,Derbynnydd,Trosglwyddydd,Transpoder

Mae'r hyn yr ydym fel arfer yn ei alw'n fodiwlau optegol heddiw yn cyfeirio'n gyffredinol at fodiwlau transceiver optegol integredig (mae'r un peth yn berthnasol isod).

Mae modiwlau optegol yn gweithio ar yr haen ffisegol, sef yr haen isaf yn y model OSI. Mae ei swyddogaeth yn syml iawn, hynny yw, i gyflawni trosi ffotodrydanol. Trowch signalau optegol yn signalau trydanol a signalau trydanol yn signalau optegol.

Er ei bod yn ymddangos yn syml, nid yw cynnwys technegol y broses weithredu yn isel.

Mae modiwl optegol fel arfer yn cynnwys dyfais trawsyrru optegol (TOSA, gan gynnwys laser), dyfais derbyn optegol (ROSA, gan gynnwys ffotosynhwyrydd), cylchedau swyddogaethol, a rhyngwynebau optegol (trydanol).

Ar y pen trosglwyddo, mae'r sglodion gyrrwr yn prosesu'r signal trydanol gwreiddiol, ac yna'n gyrru'r laser lled-ddargludyddion (LD) neu'r deuod allyrru golau (LED) i allyrru signal optegol wedi'i fodiwleiddio.

Ar y pen derbyn, ar ôl i'r signal optegol ddod i mewn, caiff ei drawsnewid yn signal trydanol gan y deuod canfod golau, ac mae'r signal trydanol yn cael ei allbwn ar ôl mynd trwy'r rhagamlysydd.

Pecynnu modiwlau optegol

I ddechreuwyr, y peth mwyaf rhwystredig am fodiwlau optegol yw ei enw pecyn hynod gymhleth a pharamedrau disglair.

Gellir deall pecynnu yn syml fel safon arddull. Dyma'r ffordd bwysicaf o wahaniaethu rhwng modiwlau optegol.

Y rheswm pam mae cymaint o wahanol safonau pecynnu ar gyfer modiwlau optegol yn bennaf oherwydd bod cyflymder datblygu technoleg cyfathrebu ffibr optegol yn rhy gyflym.

Mae cyflymder modiwlau optegol yn parhau i gynyddu ac mae eu maint yn parhau i grebachu, fel bod safonau pecynnu newydd yn cael eu rhyddhau bob ychydig flynyddoedd. Yn aml mae'n anodd bod yn gydnaws rhwng safonau pecynnu hen a newydd.

Yn ogystal, mae senarios cymhwyso modiwlau optegol yn amrywiol, sydd hefyd yn rheswm dros y cynnydd mewn safonau pecynnu. Mae pellteroedd trosglwyddo gwahanol, gofynion lled band, a mannau defnydd yn cyfateb i wahanol fathau o ffibrau optegol a modiwlau optegol.

Cyn esbonio pecynnu a dosbarthiad, gadewch i ni gyflwyno'r sefydliad safoni cyfathrebu optegol. Oherwydd bod y pecynnau hyn yn cael eu pennu gan sefydliadau safoni.

Ar hyn o bryd mae yna nifer o sefydliadau ledled y byd sy'n safoni cyfathrebiadau optegol, megis yr IEEE cyfarwydd (Sefydliad Peirianwyr Trydanol ac Electroneg), ITU-T (Undeb Telathrebu Rhyngwladol), MSA (Cytundeb Aml-Ffynhonnell), ac OIF (Cydgysylltiad Optegol) . Fforwm), CCSA (Cymdeithas Safonau Cyfathrebu Tsieina), ac ati.

Y rhai a ddefnyddir fwyaf yn y diwydiant yw IEEE ac MSA.

Efallai nad ydych yn gyfarwydd ag MSA. Ei enw Saesneg yw Multi Source Agreement. Mae'n fanyleb aml-werthwr. O'i gymharu ag IEEE, fe'i hystyrir yn ffurf sefydliadol breifat ac answyddogol. Gellir ei ddeall fel cynghrair o fentrau o fewn y diwydiant.

Yn gyntaf, byddwn yn anwybyddu'r safonau hynny sy'n rhy hen neu'n rhy brin, ac yn canolbwyntio ar becynnau cyffredin.

GBIC

Mae GBIC yn sefyll am Giga Bitrate Interface Converter.

Cyn 2000, GBIC oedd y pecyn modiwl optegol mwyaf poblogaidd a'r ffurf modiwl Gigabit a ddefnyddir fwyaf.

SFP

Oherwydd bod GBIC yn gymharol fawr, ymddangosodd SFP yn ddiweddarach a dechreuodd ddisodli GBIC.

SFP, yr enw llawn yw Small Form-factor Pluggable, sy'n fodiwl optegol bach y gellir ei gyfnewid yn boeth. Mae ei faint bach yn gymharol â'r pecyn GBIC.

Mae cyfaint y SFP yn cael ei leihau hanner o'i gymharu â modiwl GBIC, a gellir ffurfweddu mwy na dwbl nifer y porthladdoedd ar yr un panel. O ran ymarferoldeb, nid oes llawer o wahaniaeth rhwng y ddau, ac mae'r ddau yn cefnogi cyfnewid poeth. Mae SFP yn cefnogi lled band uchaf o 4Gbps.

XFP

Mae XFP yn ategadwy 10-Ffactor Ffurf Bach Gigabit. Gallwch ddeall ar yr olwg gyntaf mai 10-SFP Gigabit ydyw.
Mae XFP yn defnyddio modiwl cyfresol un sianel cyflym wedi'i gysylltu gan XFI (rhyngwyneb cyfresol 10Gb) a gall ddisodli Xenpak a'i ddeilliadau.

SFP+

SFP +, mae'n fodiwl optegol 10G fel XFP.
Mae maint SFP + yr un fath â maint SFP, ac mae'n fwy cryno na XFP (tua 30% yn llai) ac yn defnyddio llai o bŵer (lleihau rhai swyddogaethau rheoli signal).

SFP28

Roedd y SFP gyda chyflymder o 25Gbps yn bennaf oherwydd bod y modiwlau optegol 40G a 100G yn rhy ddrud ar y pryd, felly fe wnaethom gynllun trosglwyddo cyfaddawd o'r fath.

QSFP/QSFP+/QSFP28/QSFP28-DD

Cwad Bach Ffurf-ffactor Pluggable, rhyngwyneb SFP pedair sianel. Mae llawer o dechnolegau allweddol aeddfed yn XFP wedi'u cymhwyso i'r dyluniad hwn.
Yn ôl y cyflymder, gellir rhannu QSFP yn fodiwlau optegol 4 × 10G QSFP +, 4 × 25G QSFP28, 8 × 25G 28-DD, ac ati.
Cymerwch QSFP28 fel enghraifft, mae'n addas ar gyfer porthladdoedd mynediad 4x25GE. Gan ddefnyddio QSFP28, gallwch chi uwchraddio'n uniongyrchol o 25G i 100G heb fynd trwy 40G, gan symleiddio'r anhawster gwifrau yn fawr a lleihau costau.

Sefydlwyd QSFP-DD ym mis Mawrth 2016. Mae DD yn cyfeirio at "Dwysedd Dwbl". Mae 4 sianel QSFP yn cael eu cynyddu gan un rhes o sianeli ac yn dod yn 8 sianel.
Mae'n gydnaws â'r datrysiad QSFP. Gellir dal i ddefnyddio'r modiwl QSFP28 gwreiddiol, dim ond plygio modiwl arall i mewn. Mae nifer bysedd aur trydanol QSFP-DD ddwywaith cymaint â QSFP28.

Mae pob sianel o QSFP-DD yn defnyddio fformat signal PAM4 25Gbps NRZ neu 50Gbps. Gan ddefnyddio PAM4, gall gefnogi cyfradd hyd at 400Gbps.
Mae NRZ a PAM4 PAM4 (4 Modiwleiddio Osgledau Pwls) yn dechnoleg "dyblu".

Ar gyfer modiwlau optegol, os ydych chi am gynyddu'r gyfradd, rhaid i chi naill ai gynyddu nifer y sianeli neu gynyddu cyfradd sianel sengl.

Mae signalau digidol traddodiadol yn bennaf yn defnyddio signalau NRZ (Non-Return-to-Zero), hynny yw, defnyddir lefelau signal uchel ac isel i gynrychioli gwybodaeth 1 a 0 y signal rhesymeg digidol i'w drosglwyddo, a phob signal gall cyfnod symbol fod yn Trosglwyddo 1 did o wybodaeth resymegol.

Mae'r signal PAM yn defnyddio 4 lefel signal wahanol ar gyfer trawsyrru signal, a gall pob cyfnod symbol gynrychioli 2 ddarn o wybodaeth resymegol (0, 1, 2, 3). O dan lled band corfforol yr un sianel, mae PAM4 yn trosglwyddo dwywaith faint o wybodaeth sy'n cyfateb i'r signal NRZ, a thrwy hynny yn dyblu'r gyfradd.

CFP/CFP2/CFP4/CFP8

Centum gigabits Form Plygadwy, rhaniad tonfedd trwchus modiwl cyfathrebu optegol. Gall y gyfradd drosglwyddo gyrraedd 100-400Gbps.

Mae CFP wedi'i gynllunio ar sail rhyngwyneb SFP, sydd â maint mwy ac sy'n cefnogi trosglwyddo data 100Gbps. Gall CFP gefnogi un signal 100G, un neu fwy o signalau 40G.

Mae'r gwahaniaeth rhwng CFP, CFP2, a CFP4 yn y cyfaint. Mae cyfaint CFP2 yn hanner swm CFP, ac mae CFP4 yn bedwerydd maint CFP.

Mae CFP8 yn ffurflen becynnu a gynigir yn arbennig ar gyfer 400G, ac mae ei faint yn cyfateb i CFP2. Yn cefnogi cyfraddau sianel 25Gbps a 50Gbps, ac yn cyflawni cyfraddau modiwl 400Gbps trwy ryngwynebau trydanol 16x25G neu 8x50.

OSFP

Lansiwyd OSFP, Octal Small Form Factor Pluggable, "O" am "octal", yn swyddogol ym mis Tachwedd 2016.

Fe'i cynlluniwyd i ddefnyddio 8 sianel drydanol i gyflawni 400GbE (8 * 56GbE, ond mae'r signal 56GbE yn cael ei ffurfio gan laser 25G DML o dan fodiwleiddio PAM4), gyda maint ychydig yn fwy na QSFP-DD, injan optegol watedd uwch a transceiver Mae'r perfformiad afradu gwres ychydig yn well.

Mae'r uchod yn rhai safonau pecynnu modiwl optegol cyffredin.

Modiwl optegol 400G

Mae'r erthygl hon yn sôn am dri math o fodiwlau optegol sy'n cefnogi 400Gbps, sef QSFP-DD, CFP8 ac OSFP.
Ar hyn o bryd 400G yw prif gyfeiriad cystadleuol y diwydiant cyfathrebu optegol. Nawr mae 400G hefyd yn y cam cychwynnol o ddefnydd masnachol ar raddfa fawr.

Fel y gwyddom oll, oherwydd lansiad adeiladu rhwydwaith 5G ar raddfa fawr, ynghyd â datblygiad cyflym cyfrifiadura cwmwl ac adeiladu swp o ganolfannau data ar raddfa fawr, mae galw'r diwydiant TGCh am 400G wedi dod yn fwyfwy brys.
Roedd modiwlau optegol 400G cynnar yn defnyddio 16-gweithrediad sianel 25Gbps NRZ ac yn cael eu pecynnu yn CDFP neu CFP8.

Mantais y gweithrediad hwn yw y gall fenthyg technoleg 25G NRZ aeddfed ar fodiwlau optegol 100G. Ond yr anfantais yw bod angen 16 sianel o signalau ar gyfer trosglwyddo cyfochrog, ac mae'r defnydd pŵer a chyfaint yn gymharol fawr, nad yw'n addas ar gyfer cymwysiadau canolfan ddata.
Yn ddiweddarach, dechreuodd PAM4 gael ei ddefnyddio i ddisodli NRZ.

Ar ochr y porthladd optegol, defnyddir 8 sianel o 53Gbps PAM4 neu 4 sianel o 106Gbps PAM4 i wireddu trosglwyddiad signal 400G, ac ar ochr y porthladd trydanol, defnyddir 8 sianel o signalau trydanol 53Gbps PAM4, a ffurf pecyn OSFP neu QSFP -DD ​​yn cael ei fabwysiadu.

Mewn cymhariaeth, mae maint pecyn QSFP-DD yn llai (yn debyg i becyn QSFP28 y modiwl optegol 100G traddodiadol), sy'n fwy addas ar gyfer cymwysiadau canolfan ddata. Mae maint pecyn OSFP ychydig yn fwy, oherwydd gall ddarparu mwy o ddefnydd pŵer, felly mae'n fwy addas ar gyfer cymwysiadau telathrebu.

Mae'r transceivers optegol 400G presennol, ni waeth pa fath o becyn y maent ynddo, yn ddrud iawn, ac mae bwlch mawr o hyd o ddisgwyliadau'r defnyddiwr. Felly, nid yw'n bosibl gwneud poblogeiddio cynhwysfawr yn gyflym eto.

Peth arall sy'n werth ei grybwyll yw golau sy'n seiliedig ar silicon, a grybwyllir yn aml fel golau silicon.

Ystyrir bod gan dechnoleg ffotonig silicon ragolygon cymhwysiad eang a chystadleurwydd yn y cyfnod 400G, ac ar hyn o bryd mae'n denu sylw llawer o gwmnïau a sefydliadau ymchwil.

Cysyniadau Allweddol Modiwlau Optegol

Ar sail y pecyn, gyda rhai paramedrau, bydd enw ar gyfer y modiwl optegol.
Yn ogystal â'r pellter a nifer y sianeli, mae tonfedd y ganolfan hefyd.

Mae tonfedd golau yn pennu ei briodweddau ffisegol yn uniongyrchol. Ar hyn o bryd, mae gan y golau a ddefnyddiwn mewn ffibrau optegol donfedd ganolog o 850nm, 1310nm a 1550nm (nm yw nanomedr). Yn eu plith, defnyddir 850nm yn bennaf ar gyfer amlfodd, a defnyddir 1310nm a 1550nm yn bennaf ar gyfer modd sengl.

Gyda llaw, CWDM a DWDM . Ystyr WDM yw Amlblecsu Is-adran Tonfedd. Yn syml, mae'n golygu amlblecsu signalau optegol o wahanol donfeddi i'r un ffibr optegol i'w drosglwyddo. Amlblecsio rhaniad tonfedd ac amlblecsio rhaniad amledd Mewn gwirionedd, mae amlblecsio rhaniad tonfedd yn fath o amlblecsio rhaniad amledd. Tonfedd × amledd=cyflymder golau (gwerth sefydlog), felly mae rhannu â thonfedd mewn gwirionedd yn rhannu ag amlder. Mewn cyfathrebu optegol, mae pobl yn gyfarwydd ag enwi yn ôl tonfedd.
Mae DWDM yn WDM trwchus, WDM trwchus. Mae CWDM yn brin o WDM, WDM Bras. Dylech ddeall o'r enw bod cyfwng y donfedd yn D-WDM yn llai. Mantais WDM yw bod ganddo gapasiti mawr a gellir ei drosglwyddo dros bellteroedd hir.

Gyda llaw, BiDi, mae'r cysyniad hwn hefyd yn cael ei grybwyll yn aml nawr. Mae BiDi (BiDirectional) yn ffibr un cyfeiriadol, un ffibr optegol, yn anfon a derbyn deugyfeiriadol. Dangosir yr egwyddor weithio yn y ffigur isod. Mewn gwirionedd, ychwanegir hidlydd. Mae tonfeddi anfon a derbyn yn wahanol, felly gellir cyflawni anfon a derbyn ar yr un pryd.

Dangosyddion sylfaenol modiwlau optegol
Mae dangosyddion sylfaenol modiwlau optegol yn bennaf yn cynnwys y canlynol:

Pŵer optegol allbwn

Mae'r pŵer optegol allbwn yn cyfeirio at bŵer optegol allbwn y ffynhonnell golau ar ddiwedd trosglwyddo'r modiwl optegol. Gellir ei ddeall fel dwyster golau, yn W neu mW neu dBm. Lle mae W neu mW yn uned linellol a dBm yn uned logarithmig. Mewn cyfathrebu, rydym fel arfer yn defnyddio dBm i gynrychioli pŵer optegol.

Mae'r pŵer optegol yn cael ei wanhau gan hanner a'i leihau gan 3dB. Mae pŵer optegol 0dBm yn cyfateb i 1mW.

Y sensitifrwydd derbyn mwyaf

Mae derbyn sensitifrwydd yn cyfeirio at yr isafswm pŵer optegol a dderbynnir gan y modiwl optegol o dan gyfradd benodol a chyfradd gwall didau, uned: dBm .

Yn gyffredinol, po uchaf yw'r gyfradd, y gwaethaf yw'r sensitifrwydd derbyn, hynny yw, y mwyaf yw'r pŵer optegol lleiaf a dderbynnir, a'r uchaf yw'r gofynion ar gyfer dyfeisiau diwedd derbyn y modiwl optegol.

Cymhareb Difodiant

Cymhareb difodiant yw un o'r paramedrau pwysig a ddefnyddir i fesur ansawdd modiwlau optegol.

Mae'n cyfeirio at isafswm gwerth cymhareb pŵer optegol cyfartalog y signal i bŵer optegol cyfartalog y signal nwl o dan amodau modiwleiddio llawn, gan nodi'r gallu i wahaniaethu rhwng signalau 0 ac 1. Mae dau ffactor sy'n effeithio ar y gymhareb difodiant yn y modiwl optegol: cerrynt gogwydd (gogwydd) a cherrynt modiwleiddio (Mod). Gadewch i ni ei ystyried yn ER=Bias/Mod.

Nid gwerth y gymhareb difodiant yw po fwyaf yw'r modiwl optegol, y gorau ydyw, ond bod y modiwl optegol y mae ei gymhareb difodiant yn bodloni'r safon 802.3 yn well.

Light dirlawnder

Fe'i gelwir hefyd yn bŵer optegol dirlawn, mae'n cyfeirio at y pŵer optegol mewnbwn uchaf wrth gynnal cyfradd gwallau didau penodol (10-10 ~ 10-12) ar gyfradd drosglwyddo benodol, uned: dBm.

Dylid nodi y bydd y ffotosynhwyrydd yn profi dirlawnder ffotogyfrwng pan fydd yn agored i olau cryf. Pan fydd y ffenomen hon yn digwydd, mae angen rhywfaint o amser ar y synhwyrydd i adennill. Ar yr adeg hon, mae'r sensitifrwydd derbyn yn lleihau, a gall y signal a dderbynnir gael ei gamfarnu. Bydd yn achosi mân wallau, ac mae hefyd yn hawdd iawn niweidio'r synhwyrydd diwedd derbyn. Yn ystod y llawdriniaeth, dylech geisio osgoi mynd y tu hwnt i'w bŵer optegol dirlawn.